KR100334399B1 - A light responsive semiconductor switch with shorted load protection - Google Patents
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Abstract
단락된 부하를 보호하는 개량형 광감응 반도체 스위치는 부하 과전류를 성공적으로 차단할 수 있다. 반도체 스위치는 부하를 전원에 연결하도록 광기전 소자에 의해 트리거되는 출력용 트랜지스터, 및 부하의 과전류를 검출하여 과전류 신호를 발생하는 과전류 센서를 포함한다. 분로 트랜지스터(shunt transistor)는 출력용 트랜지스터와 떨어져서 전류제한 저항 소자를 통하여 광기전 소자로부터 전류를 유입하는 분로 경로를 형성하도록 광기전 소자의 양단에서 전류제한 저항 소자와 직렬로 연결된다. 스위치에 포함된 래치 회로는 광기전 소자에 의해 에너지가 인가되고, 과전류 신호를 수신하는 경우 차단 신호를 제공하며 이 차단 신호를 유지한다. 차단 신호는 분로 트랜지스터를 턴온시켜 분로 경로를 통하여 광기전 소자로부터 전류를 유입시키며, 이후 출력용 트랜지스터가 턴오프됨으로써 과전류가 차단된다. 전류제한 저항 소자는 분로 트랜지스터와 직렬로 연결되어, 분로 트랜지스터가 동작하는 경우 광기전 소자로부터 유입되는 전류를 제한함으로써, 광기전 소자로부터의 공급 전압을 래치 회로에 제공한다. 따라서, 래치 회로가 인에이블되어 차단 신호의 공급을 유지함으로써, 과전류가 확실하게 차단된다.An improved light-sensitive semiconductor switch that protects the short-circuited load can successfully block the load over-current. The semiconductor switch includes a transistor for output triggered by a photovoltaic device to connect a load to a power supply, and an overcurrent sensor for detecting an overcurrent of the load to generate an overcurrent signal. A shunt transistor is connected in series with the current limiting resistive element at both ends of the photovoltaic device to form a shunt path to draw current from the photovoltaic device through the current limiting resistive element away from the output transistor. The latch circuit included in the switch is energized by the photovoltaic element and provides a blocking signal when it receives an overcurrent signal and maintains this blocking signal. The blocking signal turns on the shunt transistor to allow current to flow from the photovoltaic device through the shunt path, and then the output transistor is turned off to block the overcurrent. The current limiting resistance element is connected in series with the shunt transistor to limit the current flowing from the photovoltaic element when the shunt transistor operates, thereby providing the supply voltage from the photovoltaic element to the latch circuit. Therefore, the latch circuit is enabled and the supply of the blocking signal is maintained, whereby the overcurrent is reliably cut off.
Description
본 발명은 광 릴레이(optical relay)에 사용되는, 단락된 부하를 보호하는 광감응 반도체(light responsive semiconductor switch)에 관한 것이다.The present invention relates to a light responsive semiconductor switch for protecting a short-circuited load used in an optical relay.
일본 특허 출원번호 제11-163706호는 광 릴레이에 사용되는 광감응 반도체 스위치를 개시하고 있다. 상기 스위치는 광원으로부터 빛을 흡수하여 동작 전압을 공급하는 광기전 소자, 및 동작 전압에 의해 동작되어 부하를 전원에 연결하도록 도통되는 출력용 트랜지스터를 포함하고 있다. 예기치 않은 부하 회로의 단락에 기인한 과전류로부터 출력용 트랜지스터를 보호하기 위해, 상기 스위치는 과전류 검출용 과전류 센서, 및 상기 과전류 상태에 응답하여 과전류의 차단을 위해 출력용 트랜지스터를 턴오프시키도록 상기 출력용 트랜지스터로부터 광기전 소자로 전류가 흐를 수 있게 도통되는 분로 트랜지스터(shunt transistor)를 포함한다. 또한, 상기 스위치는 과전류 상태에 응답하여 과전류를 지속적으로 차단할 수 있도록 출력용 트랜지스터를 턴오프시키기 위해 제어 전극에 제공되는 차단 신호를 공급 및 유지하는 래치 회로(latch circuit)를 포함하고 있다. 이러한 종래 기술에서 분로 트랜지스터가 래칭 동작을 위해 래치 회로 내에 포함된다. 따라서, 상기 분로 트랜지스터는 두 가지 상이한 요구 조건을 만족해야만 하는데, 하나는 출력용 트랜지스터를 턴오프시키는 것이고, 또 하나는 저항과 결합된 출력용 트랜지스터의 제어 전극에 인가되는 차단 신호를 래치 회로 내에 유지시키는 것이다. 분로 트랜지스터의 이러한 제약은 래치 회로에 대해서도 공통적이므로, 가변적인 전류 발생용량에 대한 광기전 소자의 사용이라는 두 가지 요구를 조화시키기는 아주 어렵다. 예를 들면, 큰 전류 발생 용량을 가지고 있는 광기전 소자는 급속한 턴온을 위해 출력용 트랜지스터의 제어 전극에 고전압을 인가하는데 사용되고, 래칭 동작을 위해 만들어진 분로 트랜지스터의 도통은 임계 전압 이하로 출력 전압의 제어 전극에 인가되는 전압을 낮추는데 적당하지 않아서, 상기 분로 트랜지스터가 광기전 소자로부터 전류를 유입시키도록 도통되는 경우에, 출력용 트랜지스터를 턴오프시키지 못할 수 있다. 따라서, 종래의 스위치는 회로 설계 상의 한계를 드러내며, 광기전 소자의 전류 발생 용량과는 무관하게 과전류를 완전하게 차단시킬 수 없다.Japanese Patent Application No. 11-163706 discloses a photo-sensitive semiconductor switch used in an optical relay. The switch includes a photovoltaic element that absorbs light from a light source to supply an operating voltage, and an output transistor that is operated by an operating voltage to conduct the load to the power supply. In order to protect the output transistor from an overcurrent due to an unexpected short circuit of the load circuit, the switch comprises an overcurrent sensor for overcurrent detection and a transistor for overcurrent detection from the output transistor to turn off the output transistor for blocking the overcurrent in response to the overcurrent condition And a shunt transistor that conducts current to the photovoltaic device. In addition, the switch includes a latch circuit for supplying and holding a shut-off signal provided to the control electrode to turn off the output transistor so that the overcurrent can be continuously cut off in response to the overcurrent state. In this conventional technique, the shunt transistor is included in the latch circuit for the latching operation. Therefore, the shunt transistor must satisfy two different requirements: one to turn off the output transistors, and the other to hold the shut-off signal applied to the control electrodes of the output transistors coupled with the resistors in the latch circuit . This restriction of the shunt transistor is common to the latch circuit, so it is very difficult to harmonize the two requirements of the use of the photovoltaic device with respect to the variable current generating capacity. For example, a photovoltaic device having a large current generating capacity is used for applying a high voltage to the control electrode of the output transistor for rapid turn-on, and the conduction of the transistor, which is made for latching operation, It is not possible to turn off the output transistor when the shunt transistor is made conducting current from the photovoltaic device. Therefore, the conventional switch shows limitations in the circuit design and can not completely shut off the overcurrent irrespective of the current generating capacity of the photovoltaic device.
전술한 종래 기술의 문제점의 관점에서, 본 발명은 부하의 과전류를 성공적으로 차단할 수 있는 단락된 부하를 보호하는 개량형 광감응 반도체 스위치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 스위치는, 부하 및 상기 부하에 에너지를 인가하는 전원으로 이루어지는 부하 회로에 연결되도록 적용된 한 쌍의 출력단자 사이에 연결되는 출력용 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 상기 출력용 스위칭 트랜지스터는 상기 임계 전압에서 도통되어 상기 전원에 상기 부하를 연결시키는 임계 전압(threshold voltage)을 갖는 제어 전극을 구비한다. 자신의 양극과 음극의 두 전극 양단에서 광원으로부터 빛을 흡수하여 전력을 생성하는 광기전 소자(photovoltaic element)가 포함된다. 광기전 소자로부터 유입되는 전류가 증가함에 따라 감소하는 동작 전압을 상기 전력이 제공한다. 상기 부하 회로에 결합되며, 상기 전원으로부터 상기 부하를 통하여 과전류가 유입되는 경우에 과전류 신호를 제공하는 과전류 센서(overcurrent sensor)가 결합된다. 상기 출력용 스위칭 트랜지스터와 떨어져서, 상기 전류제한 저항 소자를 통해 상기 광기전 소자로부터 상기 전류를 유입하는 분로 경로(shunt path)를 형성하도록 상기 광기전 소자 양단에서 전류제한 저항 소자와 직렬로 연결되는 분로 트랜지스터(shunt transistor)가 포함된다. 또한, 상기 과전류 센서 및 상기 분로 트랜지스터와 연결되고, 상기 광기전 소자에 의해 에너지가 인가되며, 상기 과전류 신호가 수신되는 경우 차단 신호를 제공하여 상기 과전류 신호가 소멸된 이후에도 상기 차단 신호-여기서 차단 신호는 상기 분로 경로를 통해 상기 광기전 소자로부터 전류를 유입하도록 상기 분로 트랜지스터를 도통시키며, 상기 출력용 스위칭 트랜지스터의 제어 전극에 임계 전압 이하로 인가되는 상기 동작 전압을 낮춤으로써 상기 전원으로부터 상기 부하의 연결을 해제하도록 상기 출력용 스위칭 트랜지스터를 턴오프시킴- 를 유지하는 래치 회로가 포함된다. 상기 전류제한 저항 소자는 상기 제어 전극 및 상기 광기전 소자의 양의 전극 사이에 연결되어 상기 광기전 소자로부터의 전류를 제한하며, 상기 분로 트랜지스터가 도통되는 경우, 상기 출력용 스위칭 트랜지스터의 제어 전극에 상기 동작 전압을 상기 임계 전압 이하까지 낮추고, 상기 차단 신호를 유지하기 위해 상기 광기전 소자가 상기 래치 회로에 공급 전압을 제공하게 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the prior art described above, the present invention is to provide an improved light-sensitive semiconductor switch that protects a short-circuited load that can successfully shut off an overcurrent of a load. A semiconductor switch according to the present invention includes a switching transistor for output connected between a pair of output terminals adapted to be connected to a load and a load circuit composed of a power source for applying energy to the load. The output switching transistor has a control electrode having a threshold voltage which is conducted at the threshold voltage and connects the load to the power supply. And a photovoltaic element that absorbs light from the light source and generates power at both ends of its anode and cathode electrodes. The power provides a decreasing operating voltage as the current drawn from the photovoltaic device increases. And an overcurrent sensor coupled to the load circuit and providing an overcurrent signal when an overcurrent flows from the power supply through the load. A shunt transistor connected in series with the current limiting resistance element at both ends of the photovoltaic element so as to form a shunt path for flowing the current from the photovoltaic element through the current limiting resistance element, and a shunt transistor. In addition, the overcurrent sensor and the shunt transistor are connected to the photovoltaic device, and energy is applied by the photovoltaic device. When the overcurrent signal is received, a shutoff signal is provided to shut off the overcurrent signal, Wherein the shunt transistor is turned on to allow the current to flow from the photovoltaic device through the shunting path and the operating voltage applied to the control electrode of the switching transistor for output is lower than a threshold voltage to lower the connection of the load from the power supply And turning off the switching transistor for output to turn off the transistor. Wherein the current limiting resistance element is connected between the control electrode and the positive electrode of the photovoltaic device to limit the current from the photovoltaic device, and when the shunt transistor is conductive, the control electrode of the switching transistor for output Lowering the operating voltage to below the threshold voltage and causing the photovoltaic element to provide a supply voltage to the latch circuit to maintain the shut off signal.
본 발명의 특징은 분로 트랜지스터와 전류제한 저항 소자가 분리되어 이루어졌다는 점, 및 광기전 소자가 차단 신호를 유지하도록 래치 회로에 전원전압을 공급하게 하는 동안 상기 분로 트랜지스터가 출력용 스위칭 트랜지스터의 제어 전극에 인가되는 동작 전압을 임계 전압 이하로 낮추는 데까지 도통될 때, 광기전 소자로부터 흐르는 전류를 제한하기 위해 전류제한 저항 소자가 출력용 스위칭 트랜지스터의 제어 전극과 광기전 소자의 양의 전극 사이에 연결되어 있다는 점에 있다. 전류제한 저항 소자와 래치 회로와는 분리되어 이루어진 분로 트랜지스터와의 직렬 연결은, 한편으로는 래치 회로에서 차단 신호를 유지하며, 차단 신호에 응답하여 출력용 스위칭 트랜지스터의 동작을 확실하게 턴오프시키기 위해, 래치 회로에 전원전압을 공급하고 동시에 출력용 스위치 트랜지스터의 제어 전극에 인가되는 동작 전압을 확실히 제한하고 과전류를 성공적으로 확실하게 차단할 수 있다. 또한 전류제한 차단 소자가 래치 회로로부터 분리되어 이루어져 있으므로 단순히 전류제한 저항 소자의 임피던스를 선택함으로써 광기전 소자의 가변적인 전류 발생 용량을 무시하고 상기 과전류를 확실하게 차단할 수 있다. 이러한 결과로 출력용 트랜지스터는 부하 회로에서의 과부하로부터 완전하게 보호될 수 있다.The present invention is characterized in that the shunt transistor and the current limiting resistance element are separated and that the shunt transistor is supplied to the control electrode of the output switching transistor while the photovoltaic element supplies the power supply voltage to the latch circuit so as to maintain the blocking signal Limiting resistor element is connected between the control electrode of the output switching transistor and the positive electrode of the photovoltaic element in order to limit the current flowing from the photovoltaic element when it is conducted until the applied operating voltage is lowered below the threshold voltage . The series connection of the current limiting resistor element and the shunt transistor separated from the shunt transistor maintains the shutoff signal on the one hand and is reliably turned off in response to the shutoff signal, The power supply voltage is supplied to the latch circuit and at the same time the operating voltage applied to the control electrode of the output switch transistor is reliably limited and the overcurrent can be successfully and reliably cut off. In addition, since the current limiting blocking element is separated from the latch circuit, the overcurrent can be surely blocked by ignoring the variable current generating capacity of the photovoltaic element by simply selecting the impedance of the current limiting resistive element. As a result, the output transistor can be completely protected from an overload in the load circuit.
본 발명의 한 변형예로서, 과전류 센서는 부하 회로에 삽입되는 전류검출 저항과 전압이 기설정 레벨을 초과할 때 래치 회로에 과전류 신호를 공급하는 전류검출 저항과 양단에 개선된 전압을 수용하도록 노출된 트랜지스터 스위치에 의해 구현된다.In one modification of the present invention, the overcurrent sensor includes a current detection resistor inserted in the load circuit, a current detection resistor for supplying an overcurrent signal to the latch circuit when the voltage exceeds a predetermined level, Lt; / RTI > switch.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 과전류 센서는 출력단자 사이의 바이패스 트랜지스터(bypass transistor)와는 직렬로 연결하고 출력용 스위칭 트랜지스터와는 병렬로 연결된 전류검출 저항과 전압이 기설정 레벨을 초과할 때 래치 회로에 과전류 신호를 공급하는 전류검출 저항과 양단에 개선된 전압을 수용하도록 노출된 트랜지스터 스위치에 의해 구현된다.As another modification of the present invention, the overcurrent sensor includes a current detection resistor connected in series with a bypass transistor between output terminals and connected in parallel with the output switching transistor, and a current detection resistor connected in parallel with the output switching transistor, Is implemented by a current sensing resistor that supplies an overcurrent signal to the circuit and a transistor switch that is exposed to receive an improved voltage across it.
부하를 직류 전원으로 구동하기 위해 출력용 스위칭 트랜지스터는 게이트-소스(gate-source)는 광기전 소자에 양단에 연결되고 드레인-소스는(drain-source) 출력단자 사이에 연결되는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 한정된다.In order to drive the load to a DC power source, the output switching transistor has a gate-source connected to both ends of the photovoltaic device, and a drain-source connected between the drain-source output terminals. (MOSFET).
부하를 교류전원으로 구동하기 위해서 스위치는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터의 각각의 형태로 한 쌍의 출력용 스위칭 트랜지스터를 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 그 두 출력용 스위칭 트랜지스터는 각각 연결된 각 MOSFET의 소스 출력단자와 함께 연결된 각 MOSFET의 게이트 출력단자 사이에 직렬로 연결된다.In order to drive the load with an AC power source, the switch preferably includes a pair of output switching transistors in each form of the metal oxide semiconductor field effect transistor. The two output switching transistors are connected in series between the source output of each MOSFET connected and the gate output of each MOSFET connected.
래치 회로는 세트 입력단, 리셋 입력단, 그리고 출력단을 구비한 플립-플롭에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 세트 입력단은 과전류 신호를 받도록 연결되고, 리셋 입력단은 광기전 소자로부터 동작 전압을 받도록 연결되며, 반면 출력단은 분로 트랜지스터를 온/오프 하도록 연결된다.The latch circuit is preferably implemented by a flip-flop having a set input, a reset input, and an output. The set input is connected to receive the overcurrent signal, the reset input is connected to receive the operating voltage from the photovoltaic device, while the output is connected to turn on / off the shunt transistor.
분로 트랜지스터는 드레인-소스가 광기전 소자와 양단에 전류제한 저항 소자와 직렬로 연결된 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터가 선호된다. 이러한 연결로, 플립-플롭은 제1 저항 소자와 드레인-소스가 광기전 소자와 양단에 제1 저항 소자와 직렬로 연결된 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터의 조합과 제2 저항 소자와 드레인-소스가 광기전 소자와 양단에 제2 저항 소자와 직렬로 연결된 조합에 의해 구현된다. 제1 MOSFET은 제2 저항 소자와 제2 MOSFET의 드레인 사이의 지점에 연결된 게이트를 가지고 있다. 제2 MOSFET은 제1 저항 소자와 제1MOSFET의 드레인 사이의 지점에 연결된 게이트를 가지고 있다. 제2 저항 소자와 제2 MOSFET의 드레인 사이의 점은 분로 트랜지스터의 게이트에 연결되어 분로 트랜지스터의 게이트에 차단 신호를 공급한다. 제2 MOSFET은 제1 저항 소자를 통하여 광기전 소자로부터 도통되기 위한 동작 전압을 게이트에서 받고, 뒤이어 제2 저항 소자를 통하여 제1 MOSFET의 게이트와 분로 트랜지스터의 게이트에 인가된 동작 전압을 낮추어 제1 전압과 분로 트랜지스터를 비도통시킨 후 출력용 스위칭 트랜지스터의 제어 전극에 동작 전압을 인가하여 그것을 동작시킨다. 또한 제2 MOSFET도 제2 MOSFET을 비도통시키는 차단 신호를 게이트에서 받아들인 후 제1 MOSFET과 분로 트랜지스터를 도통시키도록 제1 MOSFET의 게이트와 분로 MOSFET에 인가된 전압을 증가시키고 그것은 광기전 소자로부터의 동작 전압이 제거될 때까지 출력용 스위칭 트랜지스터의 차단을 유지하도록 분로 트랜지스터의 지속적인 도통 동안에 제2 MOSFET의 비도통을 유지한다.A shunt transistor is preferably a metal oxide semiconductor field effect transistor in which a drain-source is connected to a photovoltaic device and a current-limiting resistor element is connected in series to both ends. With this connection, the flip-flop has a combination of a first resistive element, a drain-source photovoltaic element, and a metal oxide semiconductor field effect transistor connected in series with the first resistive element at both ends, and a combination of a second resistive element and a drain- And a combination in series with the second resistive element at both ends. The first MOSFET has a gate connected to a point between the second resistive element and the drain of the second MOSFET. The second MOSFET has a gate connected to a point between the first resistance element and the drain of the first MOSFET. A point between the drain of the second resistive element and the drain of the second MOSFET is connected to the gate of the shunt transistor to supply a gate signal to the gate of the shunt transistor. The second MOSFET receives an operating voltage from the gate to be conducted from the photovoltaic element through the first resistive element and then lowers the operating voltage applied to the gate of the first MOSFET and the gate of the shunt transistor through the second resistive element, After the voltage is disconnected from the shunt transistor, the operating voltage is applied to the control electrode of the output switching transistor to operate it. The second MOSFET also receives a blocking signal that disables the second MOSFET from the gate and then increases the voltage applied to the gate and shunt MOSFET of the first MOSFET to conduct the shunt transistor with the first MOSFET, Conduction of the second MOSFET during the continuous conduction of the shunt transistor so as to maintain the interruption of the output switching transistor until the operating voltage of the shunt transistor is removed.
상기 회로 구성에서, 제1 및 제2 저항 소자는 펀치-쓰루 공간 전하 저항의 형태가 선호된다. 그 펀치-쓰루 공간 전하 저항은 n형과 p형 중의 한 도전형이면서 기판의 표면에서 잘 확산되며 기판의 반대편도 같은 도전형이고 서로 공간적으로 연결된 웰의 표면에서 확산된 한 쌍의 확산 영역을 가진 반도체 기판에 의해 구현된다. 그 영역은 기판과 같은 도전형이다. 전극은 웰을 통하여 부분적으로 확산 영역 사이에 동작 전압을 인가하도록 상기 확산 영역 위에 각각 형성된다. 이런 조건에서, 그 영역은 공핍층 사이에 함께 형성되어 미세한 전류를 이동시킬 수 있고, 따라서 제1 저항 소자와 제2 저항 소자인 전류제한 저항 소자 각각에 대한저항을 한정할 수 있다. 펀치-쓰루 공간 전하 저항은 높은 저항을 나타내는 반면 미세 구조로 구현될 수 있어서 작은 전류 발생 용량의 광기전 소자가 각 저항 소자에 대하여 높은 저항을 요구할 때 사용되더라도 전체 스위치는 작게 만들 수 있다.In this circuit configuration, the first and second resistance elements are preferably in the form of punch-through space charge resistance. The punch-through space charge resistance is one of n-type and p-type, well diffused from the surface of the substrate, and the opposite side of the substrate is also of the same conductivity type and has a pair of diffusion regions diffused from the surface of the well spatially connected And is implemented by a semiconductor substrate. The region is of the same conductivity type as the substrate. The electrodes are each formed over the diffusion region to partially apply the operating voltage between the diffusion regions through the well. In this condition, the region can be formed together between the depletion layers to move a minute current, thus limiting the resistance to each of the current limiting resistive elements, which is the first resistive element and the second resistive element. The punch-through space charge resistance can be realized with a microstructure, while exhibiting a high resistance, so that the entire switch can be made small even when a photovoltaic device with a small current generating capacity is used for high resistance to each resistive element.
대안적으로, 제1 저항 소자와 제2 저항 소자인 전류제한 저항 소자는 각각 다이오드에 의해 구현될 수 있다.Alternatively, the current limiting resistive elements, which are the first resistive element and the second resistive element, may be implemented by diodes, respectively.
출력용 스위칭 트랜지스터는 제어 전극을 한정하는 게이트를 가진 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 제너 다이오드는 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트에 제너 다이오드의 음극을 연결하는 방법으로 광기전 소자와 병렬로 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트-소스와 양단에 연결된다. 제너 다이오드는 광기전 소자의 개방 회로 전압보다 더 높은 항복 전압을 가진 것이 선택된다. 따라서, 부하 단락 회로에 기인한 과도하게 큰 전압이 출력용 스위칭 트랜지스터에 인가되더라도 제너 다이오드는 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트 전압을 항복 전압으로 고정시켜 출력용 트랜지스터를 파괴 전압으로부터 보호한다.The output switching transistor is preferably implemented by a metal oxide semiconductor field effect transistor having a gate defining a control electrode. A zener diode is connected to the gate-source and both ends of a switching transistor for output in parallel with the photovoltaic device by connecting the zener diode's cathode to the gate of the output switching transistor. The zener diode is selected to have a higher breakdown voltage than the open circuit voltage of the photovoltaic device. Therefore, even if an excessively large voltage due to the load short circuit is applied to the output switching transistor, the Zener diode fixes the gate voltage of the output switching transistor to the breakdown voltage to protect the output transistor from the breakdown voltage.
다이오드는 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트에 연결된 다이오드의 양극과 함께 전류제한 저항 소자와 양단에 연결될 수 있다. 따라서, 광기전 소자가 동작을 멈추어 동작 전압의 공급을 중단할 때, 다이오드는 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트에 축적된 전하를 방전하도록 전류제한 저항 소자와 양단에 바이패스를 구축하여 방전을 가속시켜 신속히 출력용 스위칭 트랜지스터의 동작을 멈춘다.The diode can be connected to both ends of the current limiting resistor element with the anode of the diode connected to the gate of the output switching transistor. Therefore, when the photovoltaic device stops operating and stops supplying the operating voltage, the diode establishes a current limiting resistance element and a bypass at both ends thereof to discharge the electric charge accumulated at the gate of the output switching transistor, thereby accelerating the discharge, The operation of the switching transistor is stopped.
이러한 연결에서, 저항은 부하 회로가 광 변동과 같은 고전압 잡음에 종속될때 단락 회로 차단의 부작용을 피하기 위해 광기전 소자와 양단에 다이오드와 직렬로 연결될 수 있다. 출력용 스위칭 트랜지스터의 동작 중에 고전압이 발생되는 경우, 과도한 전류가 출력용 스위칭 트랜지스터의 드레인으로부터 게이트로 드레인-게이트 경로에 있는 기생 정전용량을 통하여 광기전 소자 내로 흐르면, 이것은 즉시 광기전 소자의 동작 전압을 취소시킨다. 만약 이것이 발생한다면, 래치 회로가 리셋되어 분로 트랜지스터의 동작을 멈추게 하고 부하 회로에서 과전류의 차단을 할 수 없어 출력용 스위칭 트랜지스터뿐만 아니라 부하 회로도 보호할 수 없다. 그러나, 상기 바이패스에 포함된 저항은 과전류를 적절히 제한하여 래치 회로의 의도하지 않은 리셋을 피하고 고전압 잡음에 대한 과전류를 확실하게 차단하여 안전하게 보호한다.In such a connection, the resistor may be connected in series with the photovoltaic device and the diode at both ends to avoid the side effects of a short circuit interruption when the load circuit is subject to high voltage noise such as optical fluctuations. If a high voltage is generated during operation of the output switching transistor, if an excessive current flows into the photovoltaic device through the parasitic capacitance in the drain-to-gate path from the drain of the switching transistor for output to the gate, this immediately cancels the operating voltage of the photovoltaic device . If this occurs, the latch circuit is reset to stop the shunt transistor operation and the overcurrent can not be cut off in the load circuit, so that the load circuit as well as the output switching transistor can not be protected. However, the resistors included in the bypass adequately limit the overcurrent so as to avoid unintentional resetting of the latch circuit and securely protect the overcurrent against high voltage noise.
전류제한 저항 소자에 양단에 연결된 다이오드 대신에 방전 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터가 광기전 소자의 부동작에 응답하여 신속히 출력용 스위칭 트랜지스터의 동작을 멈추는 같은 목적으로 사용될 수 있다. 그 방전 MOSFET은 전류제한 저항 소자와 광기전 소자의 양극 사이의 접점에 연결된 소스를 가지고 있고 광기전 소자가 동작하지 않는 경우 MOSFET을 통하여 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트에 축적된 전하를 방전하도록 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트에 공통적으로 연결된 드레인과 게이트를 가지고 있다.The discharging metal oxide semiconductor field effect transistor can be used for the same purpose of stopping the operation of the switching transistor for output in response to the negative action of the photovoltaic device in place of the diode connected to both ends of the current limiting resistance element. The discharge MOSFET has a source connected to a contact point between the current-limiting resistor element and the anode of the photovoltaic device. When the photovoltaic device does not operate, the discharge MOSFET And a drain and a gate commonly connected to the gate.
과전류 센서를 구성하는 트랜지스터는 동작되자마자 래치 회로에 과전류 신호를 제공하는 제3 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터에 구현되는 것이 바람직하다. 이러한 연결에서, 부가적인 광기전 소자가 빛을 흡수하여 오프셋 전압을제공하는데 사용될 수 있고 오프셋 전압은 전류검출 저항에 양단에 나타나는 검출 전압에 더해진다. 오프셋 전압과 검출 전압의 합이 기설정 레벨을 초과할 때 제3 MOSFET이 동작하도록 부가적인 광기전 소자는 회로에서 제3 MOSFET에 연결된다. 따라서, 전류검출 저항의 검출 전압이 상대적으로 낮아도 제3 MOSFET과 과전류 상태에 대한 과전류 센서의 증가하는 감도에 대하여 제3 MOSFET을 트리거할 수 있다. 따라서, 제3 MOSFET은 낮은 수준의 과전류에 대해서도 잘 응답하여 성공적으로 출력용 스위칭 트랜지스터를 보호할 수 있다.The transistor constituting the overcurrent sensor is preferably implemented in a third metal oxide semiconductor field effect transistor that provides an overcurrent signal to the latch circuit as soon as it is operated. In this connection, an additional photovoltaic element can be used to absorb the light and provide an offset voltage, and the offset voltage is added to the detection voltage appearing across the current detection resistor. An additional photovoltaic device is connected to the third MOSFET in the circuit so that the third MOSFET operates when the sum of the offset voltage and the detection voltage exceeds a predetermined level. Therefore, even if the detection voltage of the current detection resistor is relatively low, the third MOSFET can be triggered for the increased sensitivity of the overcurrent sensor to the third MOSFET and overcurrent condition. Thus, the third MOSFET can respond well to low level overcurrents to successfully protect the switching transistor for output.
본 발명의 다른 변형예로서, 스위치는 분로 트랜지스터와 양단에 연결되는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터의 형태로 제2 분로 트랜지스터를 또한 포함한다. 제2 분로 트랜지스터는 출력용 스위칭 트랜지스터의 제어 전극과 전류제한 저항 소자 사이의 지점에 연결된 드레인과 분로 트랜지스터의 소스에 연결된 소스를 가지고 있다. 이러한 구성에서, 출력용 스위칭 트랜지스터는 래치 회로의 동작을 기다리지 않고 과전류 상태에 즉시 응답하여 과전류의 차단을 위해 동작이 멈추어질 수 있고, 연속적으로 동작된 래치 회로에 의해 부동작이 유지될 수 있다. 따라서, 즉각적인 과전류 흐름에 대해서도 출력용 스위칭 트랜지스터의 확실한 보호가 가능하다.In another variant of the invention, the switch also comprises a shunt transistor and a second shunt transistor in the form of a metal oxide semiconductor field effect transistor connected at both ends. The second shunt transistor has a drain connected to a point between the control electrode of the output switching transistor and the current limiting resistance element, and a source connected to the source of the shunt transistor. In this configuration, the output switching transistor can immediately stop responding to the overcurrent state without waiting for the operation of the latch circuit, so that the operation can be stopped to interrupt the overcurrent, and the sub-operation can be maintained by the continuously operated latch circuit. Therefore, it is possible to reliably protect the switching transistor for output even for an immediate overcurrent flow.
래치 회로가 차단 신호에 응답하여 차단 신호를 공급할 때, 스위치는 광기전 소자로부터 분로 트랜지스터의 게이트에 바이어스 전류(bias current)를 공급할 수 있도록 바이어싱 수단(biasing means)을 포함할 수 있다. 분로 트랜지스터의 게이트에 바이어스 전압이나 전류의 부과로 인해, 출력용 스위칭 트랜지스터를 관통하는 과전류의 신속한 차단을 위해 분로 트랜지스터가 동작되도록 즉시 트리거될 수 있고, 따라서 출력용 스위칭 트랜지스터뿐 만 아니라 관련 소자도 효과적으로 보호할 수 있다.When the latch circuit supplies the blocking signal in response to the blocking signal, the switch may include a biasing means to supply a bias current to the gate of the shunt transistor from the photovoltaic element. Due to the application of a bias voltage or current to the gate of the shunt transistor, the shunt transistor can be triggered to operate immediately for rapid shutdown of the overcurrent through the output switching transistor, thus effectively protecting the switching element as well as the associated device .
또한, 스위치는 래치 회로가 과전류 신호에 응답하여 차단 신호를 발생할 때 광기전 소자의 전류가 출력용 스위칭 트랜지스터의 게이트로 흐르는 것을 차단할 수 있는 차단 회로를 포함할 수 있다. 차단 회로의 포함으로 인해 광기전 소자로부터의 전류는 분로 트랜지스터를 트리거하는데 사용되고, 그 결과 과전류의 차단을 신속히 하여 과전류에 대하여 출력용 스위칭 트랜지스터를 즉시 보호할 수 있다.In addition, the switch may include a blocking circuit that can block the current of the photovoltaic device from flowing to the gate of the output switching transistor when the latch circuit generates a blocking signal in response to the overcurrent signal. Due to the inclusion of the blocking circuit, the current from the photovoltaic device is used to trigger the shunting transistor, thereby rapidly blocking the overcurrent and instantly protecting the switching transistor for output against overcurrent.
또한 과전류 센서는 과전류 검출 저항 양단 전압이 기설정 레벨을 초과하여 일정 시간 이상 지속될 때만 과전류 센서가 래치 회로에 과전류 신호를 공급하도록 전류검출 저항 양단에 나타나는 고주파 전압을 무효화하는 저역 통과 필터(low-pass filter)를 포함할 수 있다. 따라서, 래치 회로는 출력용 스위칭 트랜지스터를 보호할 필요가 없는 미세 잡음이나 과전류와 같이 순간적으로만 나타나는 비임계(noncritical) 과전류에 응답하는 차단 신호를 공급할 수 없다.Also, the over-current sensor is a low-pass filter that overvoltages the high-frequency voltage appearing across the current detection resistor so that the overcurrent sensor supplies the overcurrent signal to the latch circuit only when the voltage across the overcurrent detection resistor exceeds a predetermined level and lasts for a certain period of time. filter. Therefore, the latch circuit can not supply a blocking signal responding to a noncritical overcurrent that appears instantaneously, such as fine noise or an overcurrent, which does not need to protect the output switching transistor.
또한 스위치는 전력을 생성하는 광기전 소자에 짧은 시간 동안 과전류 센서로부터 래치 회로에 차단 신호의 공급을 지연시키는 지연 타이머(delay timer)를 포함할 수 있고 따라서, 광기전 소자의 동작 후에 즉시 과전류 양단에 나타나는 임시 전압을 무시할 수 있다. 지연 타이머의 포함으로 인해 출력용 스위칭 트랜지스터는 믿음직한 스위칭 동작을 보증하기 위해, 광기전 소자의 동작 후에 순간적으로나타나는 비임계 과전류에 응답하지 않을 수 있다.The switch may also include a delay timer for delaying the supply of the blocking signal from the overcurrent sensor to the latch circuit for a short period of time in the photovoltaic device generating the power so that immediately after the operation of the photovoltaic device, The temporary voltage appearing can be ignored. Due to the inclusion of a delay timer, the output switching transistor may not respond to a noncritical overcurrent momentarily appearing after the operation of the photovoltaic device to ensure reliable switching operation.
이러한 그리고 본 발명의 다른 유용한 특징들은 첨부된 도면과 함께 보여지는 다음 실시예의 설명으로 더욱 명백해 질 것이다.These and other useful features of the present invention will become more apparent from the following description of an embodiment thereof taken in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단락된 부하를 보호하는 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch for protecting a short-circuited load according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 전술한 스위치에 사용되는 펀치-쓰루 공간 전하 저항(punch-through space charge resistor)을 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing a punch-through space charge resistor used in the above-described switch. FIG.
도 3은 전술한 스위치에 사용되는 확산 저항을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a diffusion resistor used in the above-described switch.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 스위치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a semiconductor switch according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 회로도이다.5 is a circuit diagram according to the first modification of the first embodiment.
도 6은 제1 실시예의 제2 변형예에 따른 회로도이다.6 is a circuit diagram according to a second modification of the first embodiment.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.7 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.8 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to a fourth embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.9 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to a fifth embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.10 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to a sixth embodiment of the present invention.
도 11은 제6 실시예의 제1 변형예를 나타내는 회로도이다.11 is a circuit diagram showing a first modification of the sixth embodiment.
도 12는 제6 실시예의 제2 변형예를 나타낸 회로도이다.12 is a circuit diagram showing a second modification of the sixth embodiment.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.13 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to a seventh embodiment of the present invention.
도 14는 제7 실시예의 변형예를 나타낸 회로도이다.14 is a circuit diagram showing a modification of the seventh embodiment.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치 회로도이다.15 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to an eighth embodiment of the present invention.
도 16은 제8 실시예의 변형예를 나타낸 회로도이다.16 is a circuit diagram showing a modification of the eighth embodiment.
도 17은 본 발명의 제9 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치의 회로도이다.17 is a circuit diagram of a photo-sensitive semiconductor switch according to a ninth embodiment of the present invention.
도 18은 제9 실시예의 변형예를 나타낸 회로도이다.18 is a circuit diagram showing a modification of the ninth embodiment.
도 19는 제1 실시예의 제3 변형예를 나타낸 회로도이다.19 is a circuit diagram showing a third modification of the first embodiment.
<부호의 간단한 설명><Brief Description of Symbols>
1: 발광 다이오드(light emitting diode)1: light emitting diode
2: 부하(load)2: load
3: 전원3: Power supply
10: 광 다이오드 어레이(photo-diode array)10: photo-diode array
11: 광 다이오드11: Photodiode
20: 출력용 스위칭 트랜지스터(MOSFET)20: Output switching transistor (MOSFET)
21: 출력단자(output terminal)21: Output terminal
22: 출력용 MOSFET22: Output MOSFET
30: 과전류 센서30: Overcurrent sensor
31: 전류검출 저항31: Current detection resistor
32: MOSFET32: MOSFET
33: 전류검출 저항33: Current detection resistor
34: MOSFET 63: 전극(electrode)34: MOSFET 63: electrode
35: 바이패스(bypass) MOSFET 64: 공핍층(depletion layer)35: bypass MOSFET 64: depletion layer
36: 저항(resistor) 65: 기판36: resistor 65: substrate
37: 커패시터(capacitor) 66: 웰37: Capacitor 66: Well
38: 저항, 39: 커패시터 67: 영역38: resistance, 39: capacitor 67: region
40: 래치 회로(latch circuit) 71: 저항40: latch circuit 71: resistance
41: 저항 72: 커패시터41: Resistor 72: Capacitor
42: MOSFET 73: MOSFET42: MOSFET 73: MOSFET
43: 저항 80: 바이어스 회로(biasing circuit)43: Resistor 80: Biasing circuit
44: MOSFET 81: MOSFET44: MOSFET 81: MOSFET
50: 분로 트랜지스터(shunt transistor)50: shunt transistor
51: 전류제한 저항 82: 바이폴라 트랜지스터51: current limiting resistor 82: bipolar transistor
52: 다이오드 90: MOSFET52: diode 90: MOSFET
53: 제너 다이오드(zener diode) 91: 저항53: zener diode 91: resistance
54: 저항 92: MOSFET54: Resistor 92: MOSFET
55: 방전 MOSFET 93: 저항55: discharge MOSFET 93: resistance
56: 분로 MOSFET(shunt MOSFET) 94: MOSFET56: shunt MOSFET 94: MOSFET
60: 기판(substrate) 95: 저항60: substrate 95: resistance
61: 웰(well)61: Well,
62: 영역(region)62: region
제1 실시예(도 1 참조)The first embodiment (see Fig. 1)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치를 도시하고 있다. 상기 스위치는 발광 다이오드(light emitting diode; 1)와의 조합으로 사용되어 전원(3)으로부터 부하(2)를 연결 및 연결 해제시키는 광 릴레이(optical relay)를 포함한다. 상기 스위치는 광 다이오드 어레이(photo-diode array)의 형태로 된 광기전 소자(10)를 포함하는데, 광기전 소자(10)는 발광 다이오드(1)로부터 빛을 흡수하여 전력을 생성한다. 전력은 광 다이오드 어레이(10)로부터의 전류가 증가함에 따라 감소되는 동작 전압을 제공한다. 상기 동작 전압은 게이트-소스가 광 다이오드 어레이(10) 양단에 연결된 n-채널 증가형 금속-산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 형태로 된 출력용 스위칭 트랜지스터(20)를 트리거시키도록 인가된다. 출력용 MOSFET의 드레인과 소스는 상기 부하(2)와 전원(3)으로 구성된 부하 회로에 연결되도록 사용되는 출력단자(21)와 각각 연결된다. 출력용 MOSFET(20)의 게이트는 광 다이오드 어레이(10)의 동작에 응답하여 출력용 MOSFET(20)이 도통되어 부하(2)를 전원(3)에 연결하기 위해 광 다이오드 어레이(10)로부터 동작 전압을 수용하도록 연결된다. 예기치 않은 부하 회로의 단락에 기인하여 부하 회로를 통해 유입될 수 있는 과전류에 의해 손상을 받지 않도록 스위치, 특히 출력용 MOSFET(20)을 보호하기 위하여, 상기 스위치는 과전류 상태가 발생하는 경우 이를 차단하도록 턴오프되는 출력용 MOSFET(20)을 보호하기 위해 상호작용하는 과전류 센서(30), 래치 회로(40), 및 분로 트랜지스터(50)를 포함한다.FIG. 1 illustrates a photo-sensitive semiconductor switch according to a first embodiment of the present invention. The switch includes an optical relay which is used in combination with a light emitting diode 1 to connect and disconnect the load 2 from the power supply 3. The switch includes a photovoltaic device 10 in the form of a photo-diode array, which photovoltaic device 10 absorbs light from the light-emitting diode 1 to generate power. The power provides a reduced operating voltage as the current from the photodiode array 10 increases. The operating voltage is applied to trigger the output switching transistor 20 in the form of an n-channel enhanced metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) whose gate-source is connected across the photodiode array 10. The drain and the source of the output MOSFET are connected to the output terminal 21, which is used to be connected to the load circuit composed of the load 2 and the power source 3, respectively. The gate of the output MOSFET 20 is turned on in response to the operation of the photodiode array 10 so that the output MOSFET 20 is conducted and the operating voltage is supplied from the photodiode array 10 to connect the load 2 to the power supply 3. [ Lt; / RTI > In order to protect the switch, particularly the output MOSFET 20, so as not to be damaged by an overcurrent that may flow through the load circuit due to an unexpected short circuit of the load circuit, An overcurrent sensor 30, a latch circuit 40, and a shunt transistor 50 which are mutually connected to protect the output MOSFET 20 to be turned off.
과전류 센서(30)는 출력용 MOSFET(20)의 소스와 출력단자(21) 사이에 연결된 전류검출 저항(31), 및 검출 전압이 과전류를 나타내는 기설정된 레벨을 초과할 때 도통되는 MOSFET(32)―여기서 MOSFET(32)의 게이트는 저항(31) 양단의 전압을 수용함―을 포함한다. MOSFET(32)은 광 다이오드 어레이(10)의 양극과 제1 저항(41)을 통해 연결된 드레인, 및 광 다이오드 어레이(10)의 음극과 연결된 소스를 가지고 있다.The overcurrent sensor 30 includes a current detection resistor 31 connected between the source and the output terminal 21 of the output MOSFET 20 and a MOSFET 32- Wherein the gate of the MOSFET 32 accepts a voltage across the resistor 31. [ The MOSFET 32 has a drain connected through the first resistor 41 to the anode of the photodiode array 10 and a source connected to the cathode of the photodiode array 10.
상기 래치 회로(40)는 광 다이오드 어레이 양단(10)에 직렬로 연결된 제1 저항(41)과 제1 MOSFET(42)의 조합, 및 제2 저항(43)과 제2 MOSFET(44)의 조합으로 이루어지는 플립-플롭의 형태로 되어 있다. 제1 MOSFET(42)의 게이트는 제2 저항(43)과 제2 MOSFET(44)의 드레인 사이에 연결되며, 제2 MOSFET(44)의 게이트는 제1저항(41)과 제1 MOSFET(42)의 드레인 사이에 연결된다. 또한 분로 트랜지스터(50)는 광 다이오드 어레이(10) 양단에서 드레인-소스가 전류제한 저항(51)과 직렬로 연결되고, 출력용 MOSFET(20)의 게이트-소스 양단에 연결된다. 분로 MOSFET(50)의 게이트는 제2 저항(43)과 제2 MOSFET(44)의 드레인 사이에 연결된다. 광 다이오드 어레이(10)가 동작하는 경우, 제2 MOSFET(44)이 먼저 도통되며, 이로 인해 제1 MOSFET(42)과 분로 MOSFET(50)의 게이트에 인가되는 동작 전압을 낮아져서 MOSFET(40, 50)이 비도통되도록 래치 회로가 배치된다. MOSFET(32)이 과전류 상태에 응답하여 도통되는 경우, 제2 MOSFET(44)이 비도통되어 제1 MOSFET(42)과 분로 MOSFET(50)을 도통시키며, 이로 인해 출력용 MOSFET(20)으로부터 떨어져서 분로 MOSFET(50)을 통하여 광 다이오드 어레이(10)로부터 전류를 유입한 후 출력용 MOSFET(20)을 턴오프시킨다. 이런 상태는 광 다이오드 어레이(10)가 동작하지 않을 때까지 지속된다. 이런 의미에서 래치 회로, 즉 플립-플롭은 과전류 상태의 발생 시에 MOSFET(32)의 도통에 의해 야기된 과전류 신호를 수신하도록 제1 저항과 제1 MOSFET(42)사이에 연결되도록 한정된 세트 입력단을 가진다. 플립-플롭은 광 다이오드 어레이(10)로부터 동작 전압을 수용하도록 제1 저항과 광 다이오드 어레이(10)의 양극 사이에 연결되는 한정된 다른 입력단을 가지며, MOSFET(32)가 세트 입력단에 차단 신호를 인가함과 동시에 분로 MOSFET(50)의 게이트에 차단 신호를 제공하기 위해 제2 저항(43)과 제2 MOSFET(44) 사이에 연결되도록 한정된 출력을 가진다. 따라서, 차단 신호는 광 다이오드 어레이(10)가 동작하지 않아서 리셋될 때까지 유지된다.The latch circuit 40 includes a combination of a first resistor 41 and a first MOSFET 42 connected in series to the photodiode array 10 and a combination of a second resistor 43 and a second MOSFET 44 Flip-flop < / RTI > The gate of the first MOSFET 42 is connected between the second resistor 43 and the drain of the second MOSFET 44 and the gate of the second MOSFET 44 is connected between the first resistor 41 and the first MOSFET 42 ). The shunt transistor 50 is connected at both ends of the photodiode array 10 with a drain-source connected in series with the current limiting resistor 51 and at both ends of the gate-source of the output MOSFET 20. The gate of the shunt MOSFET 50 is connected between the second resistor 43 and the drain of the second MOSFET 44. When the photodiode array 10 is in operation, the second MOSFET 44 is conducted first, thereby lowering the operating voltage applied to the gates of the first MOSFET 42 and the shunt MOSFET 50, Is non-conductive. When the MOSFET 32 conducts in response to the overcurrent state, the second MOSFET 44 is deactivated to conduct the first MOSFET 42 and the shunt MOSFET 50, The current flows from the photodiode array 10 through the MOSFET 50, and then the output MOSFET 20 is turned off. This state lasts until the photodiode array 10 is not operating. In this sense, the latch circuit, the flip-flop, has a set input terminal limited to be connected between the first resistor 42 and the first MOSFET 42 to receive the overcurrent signal caused by the conduction of the MOSFET 32 upon the occurrence of the overcurrent condition I have. The flip-flop has a limited other input connected between the first resistor and the anode of the photodiode array 10 to receive an operating voltage from the photodiode array 10, and the MOSFET 32 applies a blocking signal to the set input And has an output limited to be connected between the second resistor 43 and the second MOSFET 44 to provide a shutdown signal to the gate of the shunt MOSFET 50. [ Thus, the blocking signal is maintained until the photodiode array 10 is not operated and is reset.
전류제한 저항(51)은 래치 회로(40)가 턴온되어 차단 신호를 공급할 때 광 다이오드 어레이(10)로부터 분로 MOSFET(50)을 통하여 흐르는 전류를 제한하는 그러한 위치에 있도록 출력용 MOSFET(20)의 게이트와 광 다이오드 어레이(10)의 양극 사이에 삽입되고 여기서 래치 회로(40)는 지속적으로 차단 신호를 공급하도록 광 다이오드 어레이(10)에 의해 에너지를 공급받는다.The current limiting resistor 51 is connected to the gate of the output MOSFET 20 such that the current limiting resistor 51 is in such a position that limits the current flowing through the shunt MOSFET 50 from the photodiode array 10 when the latch circuit 40 is turned on and supplies a shut- And the anode of the photodiode array 10, where the latch circuit 40 is energized by the photodiode array 10 to continuously supply the blocking signal.
다이오드(52)는 광 다이오드 어레이(10)가 동작하지 않을 때 출력용MOSFET(20)의 게이트에 축적된 전하를 방전하도록 저항 양단에 바이패스를 만들어 주기 위해 출력용 MOSFET(20)의 게이트에 양극이 결부되어 저항 양단에 연결되어 출력용 MOSFET(20)의 신속한 턴오프를 위해 방전을 가속한다. 제너 다이오드(zener diode;53)는 출력용 MOSFET(20)의 게이트에 음극을 연결하여 출력용 MOSFET(20)의 게이트-소스 양단에 연결되어 있다. 제너 다이오드(53)는 또한 광 다이오드 어레이(10) 양단에 연결되고 광 다이오드 어레이(10)의 개방 회로 전압보다 높은 항복 전압(breakdown voltage)을 가진다. 부하의 단락 회로에 기인한 과도하게 큰 전압이 출력용 MOSFET(20)의 게이트에 인가될 때, 제너 다이오드(53)는 출력용 MOSFET(20)의 게이트 전압을 항복 전압으로 고정하여 파괴 전압으로부터 보호한다.The diode 52 is connected to the gate of the output MOSFET 20 to make a bypass across the resistor so as to discharge the charge accumulated in the gate of the output MOSFET 20 when the photodiode array 10 is not operating. And is connected to both ends of the resistor to accelerate the discharge for quick turn-off of the output MOSFET 20. [ A zener diode 53 is connected to both ends of the gate-source of the output MOSFET 20 by connecting a cathode to the gate of the output MOSFET 20. Zener diode 53 is also connected across photodiode array 10 and has a breakdown voltage that is higher than the open circuit voltage of photodiode array 10. When an excessively large voltage caused by a short circuit of the load is applied to the gate of the output MOSFET 20, the zener diode 53 holds the gate voltage of the output MOSFET 20 at the breakdown voltage to protect it from the breakdown voltage.
이하 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1의 회로의 저항(41, 43, 51)에 사용되는 펀치-쓰루 공간 전하 저항 소자(punch-through space charge resistor element)를 도시하고 있다. 펀치 쓰루 공간 전하 저항은 n형 또는 p형 반도체 기판(60)에 형성된다. 기판과 반대의 도전형(conductive type)인 웰(well; 61)은 기판(60)의 표면에 확산되고 기판과 같은 도전형의 한 쌍의 영역(62)은 서로 공간적으로 연결되어 웰(61)의 표면에 확산된다. 웰을 통하여 부분적으로 영역들 사이에 동작 전압을 인가하는 전극(63)은 영역(62) 위에 각각 형성된다. 동작 전압의 인가로 인해, 영역(62)들은 미세 전류를 운반하는 공핍층(64)을 함께 형성하고 높은 저항의 저항력을 제한한다. 이렇게 형성된 펀치-쓰루 공간 전하 스위치는 작은 전류 발생 용량의 광 다이오드 어레이(10)가 저항(41, 43, 51) 각각에 대하여 상당히 높은 저항을 요구하도록 사용 저항은 높은 저항을 나타내는 반면 미세 구조로 실현되어, 전체 스위치는 조밀하게 제작될 수 있다.2, there is shown a punch-through space charge resistor element for use in the resistors 41, 43 and 51 of the circuit of FIG. The punch through space charge resistance is formed in the n-type or p-type semiconductor substrate 60. A well 61 which is a conductive type opposite to the substrate is diffused on the surface of the substrate 60 and a pair of conductive type regions 62 such as a substrate are spatially connected to each other, As shown in FIG. Electrodes 63, which partially apply an operating voltage across the wells, are formed over region 62, respectively. Due to the application of the operating voltage, the regions 62 together form a depletion layer 64 carrying a microcurrent and limit the resistance of the high resistance. The thus formed punch-through space charge switch realizes a microstructure while the use resistance shows a high resistance so that the photodiode array 10 of small current generating capacity requires a considerably high resistance for each of the resistors 41, 43 and 51 So that the entire switch can be made compact.
도 3은 저항(41, 43, 51)으로서 사용될 수 있는 대체 저항 소자로서 확산 저항을 도시한다. 확산 저항은 n형 또는 p형의 반도체 기판(65), 웰(66)의 표면에 확산되는 기판과 같은 도전형의 영역(67), 및 반대 도전형의 웰(66)을 포함한다. 웰(66)의 접지로 인해, 영역(67)은 고저항의 저항 소자로서 작용한다. 따라서 고저항은 스위치를 조밀하게 하여 미세 구조로 달성될 수 있다.3 shows a diffusion resistor as an alternative resistive element that can be used as resistors 41, 43, The diffusion resistor includes an n-type or p-type semiconductor substrate 65, a region 67 of a conductive type such as a substrate diffused on the surface of the well 66, and a well 66 of the opposite conductivity type. Due to the grounding of the well 66, the region 67 acts as a resistive element with a high resistance. Thus, a high resistance can be achieved with a microstructure by densifying the switch.
제2 실시예(도 4 참조)The second embodiment (see Fig. 4)
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치를 도시한다. 이 예의 실시예는 교류전원(3A)으로 부하(2)에 에너지를 공급하는 부하 회로용이며, 부가적인 출력용 MOSFET(22), 전류검출 저항(33)의 포함, 과전류 센서에서 부가 센서 MOSFET(34)를 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 참조부호처럼 동일한 소자는 첨자"A"에 의해 지정된다. 부가적인 출력용 MOSFET(22)은 MOSFET(20A, 22)의 소스와 서로 연결되고, MOSFET(20A, 22)의 게이트가 연결되어 광 다이오드 어레이(10)로부터 동작 전압을 수용하며 출력단자(21A) 사이에 출력용 MOSFET(20A)과 직렬로 연결된다. 부가적인 저항(33)은 저항(31A)과 직렬로 연결되어 전압을 상기 부가적인 센서 MOSFET(34)에 제공한다. 부가적인 센서 MOSFET(34)은 MOSFET(32A)의 드레인-소스와 병렬로 연결된 드레인-소스가 있다. 저항(31A, 33)의 둘 다 혹은 하나가 과전류를 발견할 때 과전류 센서(30A)는 과전류 신호를 발생하여 래치회로(40A)의 제2 MOSFET(44A)에 인가되는 전압을 낮추고, 분로 MOSFET(50A)을 동작시켜 부하 회로에서 과전류를 차단한다. 도 5는 전류제한 저항(51B)의 양단에 다이오드(52B)와 직렬로 연결된 부가 저항(54)을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 제1 변형예를 도시한다. 동일한 소자는 도면 번호처럼 첨자 "B"에 의해 지정된다. 저항(54)은 광 변동(lightning surge)과 같은 고전압 잡음에 부하 회로가 종속될 때 스위치의 단락 회로 차단의 부작용을 피하기 위해 회로에 포함된다. 출력용 MOSFET(20B)의 동작하는 동안 고전압 잡음이 부하 회로에 나타날 때, 과도 전류가 출력용 MOSFET(20B)의 드레인으로부터 게이트로 흐르면서 출력용 MOSFET(20B)의 드레인-게이트에 있는 기생 정전용량을 통하여 광 다이오드 어레이(10)로 흐르는 즉시 광 다이오드 어레이(10)의 동작 전압을 무효화시키면서 래치 회로(40B)를 리셋시킨다. 만약 이런 일이 발생한다면 분로 MOSFET(50B)은 동작을 멈추고 고전압에 의해 야기된 과전류 상태 하에서 부하 회로에서의 과전류를 차단할 수 없고, 따라서 래치 회로(40B)는 출력용 MOSFET(20B)뿐만 아니라 부하 회로를 보호할 수 없다. 래치 회로(40B)의 의도하지 않은 리셋을 피하기 위하여 저항(54)은 과도 전류의 제한을 위해 포함되고, 부하 회로에 가해지는 순간적인 고전압에 의해 야기된 과전류 상태에서 안전하게 보호한다. 이 변형예뿐만 아니라 이 이후에 설명할 다른 변형예나 실시예에서도 이러한 특징이 도 4의 제2 변형예에서도 똑같이 적용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 도 6은 광 다이오드 어레이(10C)의 부동작에 응답하여 신속하게 출력용 MOSFET의 동작을 멈추도록 전류제한 저항 양단에 다이오드(52) 대신에 방전 MOSFET(55)을 이용한 것을 제외하면 제1 실시예와 동일한 제2 변형예이다. 동일한 소자는 도면 번호처럼 첨자 "C"로 지정된다. 방전용 MOSFET(55)은 전류제한 저항(51C)과 광 다이오드 어레이(10C)의 양극 사이의 접점에 연결된 소스, 및 광 다이오드 어레이(10C)가 동작하지 않는 경우 MOSFET(55)을 통하여 출력용 MOSFET(20C)의 게이트에 축적된 전하를 방전하도록 출력용 MOSFET(20C)의 게이트에 공통적으로 연결된 드레인과 소스가 있으며, 어레이(10)의 부동작에 즉각 응답하여 MOSFET(20C)의 동작을 멈추게 한다.4 shows a photo-sensitive semiconductor switch according to a second embodiment of the present invention. The embodiment of this example is for a load circuit that supplies energy to the load 2 with the AC power supply 3A and includes additional output MOSFET 22 and current detection resistor 33. In the overcurrent sensor, Is the same as the first embodiment. The same element as the reference numeral is designated by the suffix " A ". The additional output MOSFET 22 is connected to the sources of the MOSFETs 20A and 22 and the gates of the MOSFETs 20A and 22 are connected to receive the operating voltage from the photodiode array 10 and between the output terminals 21A And is connected in series with the output MOSFET 20A. An additional resistor 33 is connected in series with resistor 31A to provide a voltage to the additional sensor MOSFET 34. [ The additional sensor MOSFET 34 has a drain-source connected in parallel with the drain-source of the MOSFET 32A. When either or both of the resistors 31A and 33 find an overcurrent, the overcurrent sensor 30A generates an overcurrent signal to lower the voltage applied to the second MOSFET 44A of the latch circuit 40A, 50A) to shut off the overcurrent in the load circuit. 5 shows the first modification, which is the same as the first embodiment except for the additional resistor 54 connected in series with the diode 52B at both ends of the current limiting resistor 51B. The same element is designated by the suffix " B " The resistor 54 is included in the circuit to avoid the side effects of shorting the switch when the load circuit is subject to high voltage noise such as a lightning surge. When a high voltage noise appears in the load circuit during the operation of the output MOSFET 20B, a transient current flows from the drain of the output MOSFET 20B to the gate and flows through the parasitic capacitance in the drain- The latch circuit 40B is reset while the operation voltage of the photodiode array 10 is invalidated as soon as it flows to the array 10. [ If this happens, the shunt MOSFET 50B stops operating and can not shut off the overcurrent in the load circuit under the overcurrent condition caused by the high voltage, so that the latch circuit 40B not only functions as the output MOSFET 20B, I can not protect it. In order to avoid an unintended reset of the latch circuit 40B, the resistor 54 is included for limiting the transient current and safely protects in the overcurrent state caused by the momentary high voltage applied to the load circuit. It should be noted that this feature can be equally applied to the second modification of Fig. 4 in this modification as well as other modifications and embodiments to be described hereinafter. 6 shows a state in which the discharge MOSFET 55 is used instead of the diode 52 at both ends of the current limiting resistor so as to quickly stop the operation of the output MOSFET in response to the negative action of the photodiode array 10C. This is the same second modified example. The same element is designated by the suffix " C " The discharge MOSFET 55 is connected between the source connected to the contact point between the current limiting resistor 51C and the anode of the photodiode array 10C and the source connected to the output MOSFET 60C through the MOSFET 55 when the photodiode array 10C does not operate There is a drain and a source commonly connected to the gate of the output MOSFET 20C to discharge the electric charge accumulated in the gate of the MOSFET 20C and immediately respond to the negative action of the array 10 to stop the operation of the MOSFET 20C.
제3 실시예(도 7 참조)The third embodiment (see Fig. 7)
도 7은 과전류 센서(30D)에 바이패스 MOSFET(35)을 포함하는 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 광감응 반도체 스위치이다. 동일한 소자는 참조부호처럼 첨자 "D"로 지정된다. 바이패스 MOSFET(35)은 출력용 MOSFET(20D)의 드레인-소스 양단에 전류검출 저항(31D)과 직렬로 연결된 소스-드레인, 및 광 다이오드 어레이(10D)로부터 동작 전압을 공통적으로 받을 수 있도록 출력용 MOSFET(20D)의 게이트에 연결된 게이트가 있다. 과전류 센서(30D)가 과전류를 검출할 때, 래치 회로(40D)는 분로 MOSFET(50D)의 비도통을 유지하도록 응답하여 부하 회로의 차단을 위해 MOSFET(20D, 35)를 동작을 멈추게 한다.7 is the same photo-sensitive semiconductor switch as the first embodiment except that the over-current sensor 30D includes a bypass MOSFET 35. [ The same element is designated with the suffix " D " The bypass MOSFET 35 includes a source-drain connected in series with the current detection resistor 31D at both ends of the drain-source of the output MOSFET 20D and a source-drain connected in series with the output MOSFET 20D so as to commonly receive an operation voltage from the photodiode array 10D. Lt; RTI ID = 0.0 > 20D. ≪ / RTI > When the overcurrent sensor 30D detects the overcurrent, the latch circuit 40D responds so as to maintain the non-conduction of the shunt MOSFET 50D, thereby causing the MOSFETs 20D and 35 to stop operating to interrupt the load circuit.
제4 실시예(도 8 참조)The fourth embodiment (see Fig. 8)
도 8은 과전류에 대한 민감도 개선용 오프셋 전압(offset voltage)을 공급하기 위한 부가적인 광다이오드(11)의 포함을 제외하고는 본 발명에 따른 제1 실시예와 동일한 제4 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치이다. 동일한 소자는 참조부호처럼 첨자 "E"로 지정된다. 광 다이오드(11)는 MOSFET(32E)의 소스에 연결된 음극, 및 전류검출 저항(31E)을 통해 MOSFET(32E)의 게이트와 연결된 양극이 있으며, 광 다이오드(11)에 의해 주어진 오프셋 전압은 저항(31E) 양단의 전압에 더해지고 MOSFET(32E)의 게이트에 인가된다. 따라서, 상대적으로 낮은 전류검출 저항(31E)의 검출 전압은 과전류 상태에 대한 과전류 센서(31E)의 민감도를 증가시켜 성공적으로 MOSFET(32E)을 트리거할 수 있다. 또한 MOSFET(32E)은 잘 응답하여 출력용 MOSFET(20E)를 성공적으로 보호할 수 있다.FIG. 8 is a graph showing the relationship between the optical response according to the fourth embodiment, which is the same as the first embodiment according to the present invention, except for the inclusion of an additional photodiode 11 for supplying an offset voltage for improving the sensitivity to an overcurrent. It is a semiconductor switch. The same element is designated by the subscript " E " The photodiode 11 has a cathode connected to the source of the MOSFET 32E and an anode connected to the gate of the MOSFET 32E via the current detection resistor 31E and the offset voltage given by the photodiode 11 is the resistance 31E and applied to the gate of MOSFET 32E. Thus, the detection voltage of the relatively low current detection resistor 31E can increase the sensitivity of the overcurrent sensor 31E to the overcurrent condition, thereby triggering the MOSFET 32E successfully. Also, the MOSFET 32E responds well and can successfully protect the output MOSFET 20E.
제5 실시예(도 9 참조)The fifth embodiment (see Fig. 9)
도 9는 드레인-소스가 분로 MOSFET(50F)의 드레인-소스 양단에 연결된 제2 분로 MOSFET(56)의 사용을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 본 발명에 제5 실시예에 따른 광감응 반도체 스위치이다. 동일한 소자는 참조부호처럼 첨자 "F"로 지정된다. 분로 MOSFET(56)의 게이트-소스는 저항(31F) 양단의 개선된 전압에 의해 트리거되도록 전류검출 저항 양단(31F)에 연결된다. 따라서, 기설정 레벨을 초과하는 저항(31F)의 전압에 응답하여 제2 분로 MOSFET(56)은 도통되어 차단 신호를 공급하여 분로 트랜지스터(50)를 동작하도록 응답하는 래치 회로(40)에 앞서 광 다이오드 어레이로부터의 전류를 전류제한 저항을 통하여 출력용 MOSFET(20F)으로부터 멀리 흘려 보낸다. 따라서, 출력용 MOSFET(20F)은 래치 회로(40F)의 동작을 기다리지 않고 즉시 과전류의 상태에 응답하여 과전류의 차단을 위해 부동작될 수 있고연속적으로 래치 회로(40F)의 동작에 의해 부동작이 유지될 수 있다.9 is a schematic view of a light-sensitive semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, which is the same as the first embodiment except that the drain-source is used as the second shunt MOSFET 56 connected to both the drain- Switch. The same element is designated with the suffix " F " The gate-source of the shunt MOSFET 56 is connected to both ends of the current detection resistor 31F so as to be triggered by the improved voltage across the resistor 31F. Thus, in response to the voltage of the resistor 31F exceeding the predetermined level, the second shunt MOSFET 56 is turned on to supply the shut-off signal to the shunt transistor 50 before the latch circuit 40 responds to operate the shunt transistor 50. [ The current from the diode array is flowed away from the output MOSFET 20F through the current limiting resistor. Therefore, the output MOSFET 20F can be immediately operated for blocking the overcurrent in response to the state of the overcurrent immediately without waiting for the operation of the latch circuit 40F, and the latch circuit 40F can continuously operate the latch circuit 40F .
제6 실시예(도 10 참조)The sixth embodiment (see Fig. 10)
도 10에서는 저역 통과 필터를 포함하는 과전류 센서(30G)를 제외하면 제1 실시예와 동일한 본 발명의 제6 실시예에 따른 광감응 반도체를 도시한다. 소자들은 첨자 "G"가 부기된 참조부호로 도시된다. 저역 통과 필터는 전류검출 저항(31G), MOSFET의 게이트(32G) 및 MOSFET의 게이트-소스 커패시터(gate-source capacitance) 사이에 삽입된 저항(36)으로 구성된다. 적분기, 예를 들어 저역 통과 필터는 전류검출 저항(31G)양단의 고주파 전압을 무효화시키기 위해 동작하므로, 저항(31G)이 기설정 레벨을 초과하며 특정 시간 이상 존재하는 전압을 공급하는 경우에 한해, 과전류 센서는 래치 회로(40G)에 과전류 신호를 전송한다. 따라서, 래치 회로(40G)는 출력용 스위칭 트랜지스터의 보호를 요하지 않는 미세 소음 또는 쇄도 전류와 같이 부하 회로에서 즉시 나타나는 비임계 과전류에 응답하는 차단 신호를 전송하지 못하게 된다.10 shows a light-sensitive semiconductor according to a sixth embodiment of the present invention, which is the same as the first embodiment except for an overcurrent sensor 30G including a low-pass filter. The elements are denoted by the reference numerals with the subscript " G ". The low-pass filter consists of a resistor 36 inserted between the current detection resistor 31G, the gate 32G of the MOSFET and the gate-source capacitance of the MOSFET. Since the integrator, for example the low-pass filter, is operated to invalidate the high-frequency voltage across the current detection resistor 31G, only when the resistor 31G supplies a voltage exceeding a predetermined level and present for a predetermined time or more, The overcurrent sensor transmits the overcurrent signal to the latch circuit 40G. Thus, the latch circuit 40G fails to transmit a blocking signal in response to a non-critical overcurrent immediately appearing in the load circuit, such as a micro noise or an inrush current that does not require protection of the output switching transistor.
도 11은 커패시터(37)가 과전류 센서(30H)에 부가되는 것을 제외하면 제6 실시예와 동일한 제6 실시예의 제1 수정 형태를 도시한다. 소자들은 첨자 "H"가 부기된 참조부호로 도시된다. 커패시터(37)는 전류검출 저항(31H) 양단의 저항(36H)과 직렬로 연결되어 있고, 제6 실시예에서 기술된 것처럼 동일 목적으로 작용하는 저역 통과 필터같이 형성되는 저항(36H)과 협조적이다.11 shows a first modification of the sixth embodiment similar to the sixth embodiment except that the capacitor 37 is added to the overcurrent sensor 30H. The elements are denoted by the reference numerals with the subscript " H ". The capacitor 37 is connected in series with a resistor 36H across the current detection resistor 31H and cooperates with a resistor 36H formed like a low pass filter that serves the same purpose as described in the sixth embodiment .
도 12는 제6 실시예의 제2 변형예를 도시하는데, 이는 저역 통과 필터가MOSFET(32J)의 드레인 소스 양단에 저항(38)과 커패시터(39)가 직렬로 연결되어 구성된 점을 제외하면 제6 실시예와 동일하다. 소자들은 첨자 "J"가 부기된 참조부호로 도시된다. 저항(38)과 커패시터(39)는 적분기를 형성하는데 도움을 주는데, 상기 적분기는 MOSFET(32J)의 드레인 소스 양단에 나타나며, 저항(31G)이 기설정 레벨을 초과하며 특정 시간 이상 존재하는 전압을 공급하는 경우에 한해 과전류 신호를 전송하는, 고주파 전압을 무효화시킨다. 즉, MOSFET(44J)은 상기 조건에 대한 응답에 한해 분로 MOSFET(50J)에 차단 신호를 전송하는 비도통체로 만들어져 있고, 부하 회로에 순간적으로 나타나는 비임계 과전류에 대한 응답으로 부하 전류의 의도하지 않은 차단을 방지하도록 도통성을 유지한다.12 shows a second modification of the sixth embodiment, except that the low-pass filter is constituted by a resistor 38 and a capacitor 39 connected in series at both ends of the drain of the MOSFET 32J, Which is the same as the embodiment. The elements are denoted by reference numerals with the subscript " J ". The resistor 38 and the capacitor 39 help form an integrator which appears across the drain source of the MOSFET 32J so that the voltage across the resistor 31G exceeds a predefined level In the case of supply, the overvoltage signal is transmitted, and the high-frequency voltage is invalidated. In other words, the MOSFET 44J is made of a non-conductive body that transmits a shut-off signal to the shunt MOSFET 50J only in response to the above-mentioned condition, and in response to the non-critical overcurrent momentarily appearing in the load circuit, Maintain continuity to prevent interruption.
제7 실시예Seventh Embodiment
도 13에서는 저항(71), 커패시터(72), MOSFET(73)으로 구성된 지연 타이머를 포함하는 과전류 센서(30K)를 제외하면 제1 실시예와 동일한, 본 발명의 제7 실시예에 따른 광감응 반도체를 도시하고 있다. 소자들은 첨자 "K"가 부기된 참조부호로 도시된다. 저항(71)은 광 다이오드 어레이(10K) 양단에 커패시터(72)와 직렬로 연결된다. MOSFET(73)은 MOSFET(42K)의 드레인 소스 양단에 MOSFET(32K)의 드레인 소스에 직렬로 연결된 드레인 소스를 가지고 있고, 저항(71)과 커패시터(72) 사이의 지점에 연결된 게이트를 가지고 있다. 따라서, MOSFET(73)은 MOSFET(32K)이 광 다이오드 어레이(10K)의 동작으로부터 소정의 시간이 경과된 후에만 래치 회로(40K)에 과전류 신호를 전송할 수 있게 한다. 달리 말하면, 지연 타이머는 광다이오드(10K)가 전력을 발생하는 짧은 시간에 래치 회로(40K)에 과전류 센서로(30K)부터 과전류 신호를 전송하는 것을 지연하도록 동작하고, 따라서, 광 다이오드 어레이(10K)의 동작 직후 전류검출 저항(31K) 양단에 나타나는 순간적인 전압을 무효화시킨다.13 is the same as the first embodiment except for the overcurrent sensor 30K including the delay timer composed of the resistor 71, the capacitor 72 and the MOSFET 73. In the seventh embodiment of the present invention, Lt; / RTI > The elements are denoted by the reference numerals with the subscript " K ". The resistor 71 is connected in series with the capacitor 72 across the photodiode array 10K. The MOSFET 73 has a drain source connected in series to the drain source of the MOSFET 32K across the drain source of the MOSFET 42K and has a gate connected to the point between the resistor 71 and the capacitor 72. [ Thus, the MOSFET 73 allows the MOSFET 32K to transmit the overcurrent signal to the latch circuit 40K only after a predetermined time has elapsed from the operation of the photodiode array 10K. In other words, the delay timer operates to delay transferring the overcurrent signal from the overcurrent sensor 30K to the latch circuit 40K in a short time when the photodiode 10K generates power, and thus the photodiode array 10K The instantaneous voltage appearing across the current detection resistor 31K is invalidated.
도 14에서는 MOSFET(73L)이 전류제한 저항(51L)을 통해 광 다이오드 어레이(10L)의 양극에 연결된 게이트를 가지는 점을 제외하면 제7 실시예와 동일한 제7 실시예의 수정 형태를 도시하고 있다. 소자들은 첨자 "L"이 부기된 참조부호로 도시된다. MOSFET(73L)은 상기 제7 실시예에서 기술한 것과 같은 목적으로 작용하는 지연 타이머처럼, 형성되는 저항(51L)에 도움을 주는 고유의 게이트 소스 커패시터를 가지고 있다. 따라서, 신뢰하는 스위칭 동작을 확인하게 하는 광 다이오드 어레이(10L)의 동작 직후 나타나는 비임계 과전류에 대한 응답으로부터 출력용 MOSFET(20L)을 보호할 수 있게 된다.14 shows a modification of the seventh embodiment which is the same as the seventh embodiment except that the MOSFET 73L has a gate connected to the anode of the photodiode array 10L via the current limiting resistor 51L. The elements are labeled with the subscript " L " The MOSFET 73L has a unique gate-source capacitor to assist the formed resistor 51L, like a delay timer that serves the same purpose as described in the seventh embodiment. Therefore, the output MOSFET 20L can be protected from the response to the non-critical overcurrent appearing immediately after the operation of the photodiode array 10L for confirming the reliable switching operation.
제8 실시예Eighth Embodiment
도 15에서는 과전류의 신속한 차단에 대한 광 다이오드 어레이(10M)로부터 바이어스 전류를 공급하기 위한 바이어스 회로(80)가 포함된 점을 제외하면 제8 실시예와 동일한 광감응 반도체를 도시하고 있다. 소자들은 첨자 "M"이 부기된 참조부호로 도시된다. 바이어스 회로(8)는 전류제한 저항(51M)과 광 다이오드 어레이(10M)의 양극 사이의 점에 연결된 드레인 및 분로 MOSFET(50M)의 게이트에 연결된 소스를 가진다. MOSFET(81)의 게이트는 래치 회로(44M)의 출력에 연결된다. 즉, 저항(43M)과 MOSFET(44M) 사이에 연결되어 래치 회로(40M)가 과전류 조건에 대한 응답으로 차단 신호를 전송할 때, MOSFET(81)은 광 다이오드 어레이(10M)에서의 전류를 분로 MOSFET(50M)의 게이트로 공급하기 위해 도통되며, 따라서 분로 MOSFET(50M)의 도통을 가속화하며, 효율적으로 관련 소자뿐만 아니라 출력용 MOSFET(20M)을 보호하는 과전류 조건에 응답하여 과전류를 신속히 차단한다.FIG. 15 shows the same photodetector semiconductor as that of the eighth embodiment, except that a bias circuit 80 for supplying a bias current from the photodiode array 10M for rapid cutoff of an overcurrent is included. The elements are labeled with the subscript " M " The bias circuit 8 has a drain connected to the point between the current limiting resistor 51M and the anode of the photodiode array 10M and a source connected to the gate of the shunt MOSFET 50M. The gate of the MOSFET 81 is connected to the output of the latch circuit 44M. That is, when the latch circuit 40M is connected between the resistor 43M and the MOSFET 44M and the latch circuit 40M transmits the blocking signal in response to the overcurrent condition, the MOSFET 81 switches the current in the photodiode array 10M to the shunt MOSFET To accelerate the conduction of the shunt MOSFET 50M and to quickly shut off the overcurrent in response to an overcurrent condition that effectively protects the output MOSFET 20M as well as the associated device.
도 16은 바이어스 회로(80N)가 MOSFET(81) 대신에 바이폴라 트랜지스터(82)를 포함하는 점을 제외하면 제8 실시예와 동일한 제8 실시예의 수정형을 도시하고 있다. 소자들은 첨자 "N"이 부기된 참조부호로 도시된다. 트랜지스터(82)는 저항(51N)과 광 다이오드 어레이(10N)의 양극 사이의 지점에 연결된 콜렉터와, 어레이(10N)로부터 MOSFET(50N)의 게이트에 전류를 공급하도록 분로 MOSFET(50N)의 게이트에 연결된 이미터를 가지고 있다. 트랜지스터(82)의 베이스는 부하 회로에서 과전류 조건에 응답하여 트랜지스터(82)를 도통되도록 만들도록 래치 회로에 연결되어 있고, 따라서 제8 실시예와 동일한 목적으로 분로 MOSFET(50N)을 용이하게 트리거(trigger)시킨다.16 shows a modification of the eighth embodiment which is the same as the eighth embodiment, except that the bias circuit 80N includes a bipolar transistor 82 instead of the MOSFET 81. Fig. The elements are labeled with the appended " N " The transistor 82 has a collector connected to a point between the resistor 51N and the anode of the photodiode array 10N and a collector connected to the gate of the shunt MOSFET 50N to supply current to the gate of the MOSFET 50N from the array 10N. It has a connected emitter. The base of the transistor 82 is connected to the latch circuit to make the transistor 82 conductive in response to the overcurrent condition in the load circuit so that the shunt MOSFET 50N can be easily triggered for the same purpose as in the eighth embodiment trigger.
제9 실시예(도 17 참조)The ninth embodiment (see Fig. 17)
도 17에서는 래치 회로(40N)가 과전류 신호에 응답해 차단 신호를 전송하는 경우, 광 다이오드 어레이의 전류가 출력용 MOSFET(20N)의 게이트로 흐르지 못하게 하는 방지 블록(90)이 설치된 점을 제외하면 제1 실시예와 동일한 본 발명의 제9 실시예에 따르는 광감응 반도체 스위치를 도시하고 있다. 소자들은 첨자 "P"가 부기된 참조부호로 도시된다. 상기 방지 블록(90)은 콜렉터-이미터가 전류제한 저항(51P)과 광 다이오드 어레이(10P) 사이에 삽입된 바이폴라 트랜지스터(91)및 저항(93)을 통해 소스가 트랜지스터(91)의 베이스에 연결된 MOSFET(92)을 갖는다. MOSFET(92)의 게이트는 래치 회로(40P)의 설정 입력에 연결된다. 즉, 저항(41P)과 MOSFET(42P) 사이에 연결되어 MOSFET(92)은 광 다이오드 어레이(10P)의 동작 시에 MOSFET(44P)와 함께 도통되며, 과전류 조건에 응답하여 MOSFET(44P)와 같이 비도통된다. 즉, 광 다이오드 어레이(10P)가 출력용 MOSFET(20P)가 동작하도록 활성화되는 동안, MOSFET(92)은 동작에 응답하고, 트랜지스터(91)가 출력용 MOSFET(20P)을 동작시키게 한다. 과전류 조건을 보면, MOSFET(92)은 트랜지스터(91)를 정지하도록 비도통되고, 광 다이오드 어레이의 전류가 출력용 MOSFET(20P)의 게이트에 흐르지 않도록 한다. 따라서, 광 다이오드 어레이(10P)의 전류는 분로 MOSFET(50P)를 트리거하도록 사용된다. 즉, 전류가 주로 저항(43P)을 통해 분로 MOSFET(50P)으로 흐르게 하며, 과전류 조건에 맞서 출력용 MOSFET의 즉각적인 보호를 위해 빠르게 트리거한다.17, except that the prevention circuit 90 for preventing the current of the photodiode array from flowing to the gate of the output MOSFET 20N is provided when the latch circuit 40N transmits the blocking signal in response to the overcurrent signal, 1 shows a photo-sensitive semiconductor switch according to a ninth embodiment of the present invention. The elements are denoted by reference numerals with the subscript " P ". The blocking block 90 is connected to the base of the transistor 91 through the bipolar transistor 91 and the resistor 93 in which the collector-emitter is inserted between the current limiting resistor 51P and the photodiode array 10P. And a connected MOSFET 92. The gate of the MOSFET 92 is connected to the setting input of the latch circuit 40P. That is, the MOSFET 92 connected between the resistor 41P and the MOSFET 42P conducts together with the MOSFET 44P in operation of the photodiode array 10P, and in response to the overcurrent condition, Non-conducting. That is, while the photodiode array 10P is activated so that the output MOSFET 20P operates, the MOSFET 92 responds to the operation and causes the transistor 91 to operate the output MOSFET 20P. In view of the overcurrent condition, the MOSFET 92 is non-conductive to stop the transistor 91, so that the current of the photodiode array does not flow to the gate of the output MOSFET 20P. Thus, the current in photodiode array 10P is used to trigger shunt MOSFET 50P. That is, the current flows mainly through the resistor 43P to the shunt MOSFET 50P and triggers quickly for immediate protection of the output MOSFET against the overcurrent condition.
도 18은 바이폴라 트랜지스터(91) 대신에 MOSFET(94)을 이용하는 블록도(90Q)를 제외하면 제9 실시예와 동일한 제9 실시예의 수정형을 도시한다. 소자들은 첨자 "Q"가 부기된 참조부호로 도시된다. MOSFET(94)은 전류제한 저항(51Q)과 광 다이오드 어레이(10Q)사이에 삽입된 소스-드레인 및 MOSFET(92)의 소스에 연결된 게이트를 갖는다. 저항(95)은 MOSFET(94)의 소스-게이트 양단에 연결된다. MOSFET(92Q)은 래치 회로(40Q)의 출력에 연결된 게이트를 가져 광 다이오드 어레이(10Q)가 출력용 MOSFET(20Q)를 동작하도록 활성화되는 동안 분로 MOSFET(50Q)와 함께 정지된다. 이 조건에서, MOSFET(94)는 광 다이오드 어레이(10Q)로부터 출력용 MOSFET(20Q)의 게이트에 전류를 공급하기 위해 동작한다. 과전류 조건을 검출하는 경우, 래치 회로(40Q)는 MOSFET(92Q)와 분로 MOSFET(92Q)가 동시에 동작하도록 하고, 차례로 MOSFET(94)을 비도통성으로 만들며, 전류를 광 다이오드 어레이(10Q)로부터 출력용 MOSFET(20Q)로 흐르지 않도록 한다. 따라서, 광 다이오드 어레이(10Q)에서의 전류가 출력용 MOSFET(20Q)로 흐르게 하는 것을 막고, 출력용 MOSFET(20Q)을 통해 과전류의 신속한 차단이 흐르게 하는 분로 MOSFET(50Q)를 트리거하도록 이용된다.18 shows a modification of the ninth embodiment which is the same as the ninth embodiment, except for the block diagram 90Q using the MOSFET 94 instead of the bipolar transistor 91. Fig. The elements are labeled with the appended " Q " The MOSFET 94 has a source-drain inserted between the current limiting resistor 51Q and the photodiode array 10Q and a gate connected to the source of the MOSFET 92. [ The resistor 95 is connected across the source-gate of the MOSFET 94. The MOSFET 92Q has a gate connected to the output of the latch circuit 40Q and is stopped with the shunt MOSFET 50Q while the photodiode array 10Q is activated to operate the output MOSFET 20Q. In this condition, the MOSFET 94 operates to supply a current from the photodiode array 10Q to the gate of the output MOSFET 20Q. The latch circuit 40Q causes the MOSFET 92Q and the shunt MOSFET 92Q to operate simultaneously and in turn makes the MOSFET 94 nonconductive and outputs the current from the photodiode array 10Q So that it does not flow to the MOSFET 20Q. Therefore, it is used to trigger the shunting MOSFET 50Q which prevents the current in the photodiode array 10Q from flowing to the output MOSFET 20Q and allows rapid cutoff of the overcurrent through the output MOSFET 20Q.
도 19는 각각 스위치 회로의 저항 소자로 사용하는 일군의 다이오드(51R, 41R, 43R)를 제외하면 전술한 제1 실시예와 동일한 제1 실시예의 추가적인 수정 형태를 도시한다. 소자들은 첨자 "R"이 부기된 참조부호로 도시된다. 일군의 다이오드의 수 각각은 저항 소자에서 요구되는 특정 저항에 따라 선택된다.Fig. 19 shows an additional modification of the first embodiment which is the same as the first embodiment described above except for a group of diodes 51R, 41R and 43R used as resistance elements of the switch circuit, respectively. The elements are denoted by the reference numerals with the subscript " R ". Each of the number of diodes in a group is selected according to the specific resistance required in the resistor element.
본 발명에 따르면 단락된 부하를 보호하는 개량형 광감응 반도체 스위치를 제공하여 부하의 과전류를 성공적으로 차단할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an improved light-sensitive semiconductor switch that protects a short-circuited load, thereby successfully preventing the overcurrent of the load.
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